Mạng cảm nhận không dây và định thời truyền không dây dữ liệu cho nút mạng wsn

  Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn   Mục Lục  LỜI CẢM ƠN    GIỚI THIỆU    Chƣơng 1:TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN-WIRELESS SENSOR NETWORK     1.1  Định nghĩa    1.2  Các thiết bị WSN    1.3  Kiến trúc nút mạng    1.4  Đặc trƣng cấu hình mạng cảm nhận khơng dây  10   1.5  Một số chuẩn mạng cảm nhận không dây  11   1.6  Ứng dụng mạng cảm nhận không dây  12   1.7  Yêu cầu mạng cảm nhận không dây  13   1.8  Mục tiêu mạng cảm nhận không dây  14   1.9  Ƣu/nhƣợc điểm mạng cảm nhận không dây  15   1.10  Đặc điểm mạng cảm nhận không dây  16   Chƣơng 2:ĐIỀU KHIỂN THÂM NHẬP MÔI TRƢỜNG VÀ GIAO THỨC LẬP LỊCH NGỦ TẬP TRUNG  17   2.1  Giới thiệu giao thức MAC -Medium Access Control  17   2.2  Một số giao thức MAC truyền thống  19   2.2.1  Giao thức Aloha  19   2.2.2  Giao thức CSMA(Carrier Sense Medium Access)  21   2.2.3  Giao thức MACA(Medium Access Collision Avoidance)  23  2.3  Giao thức lập lịch   24   2.3.1  Cảm ứng MAC(S-MAC)  24   2.3.2  2.3.3  2.3.4  Timeout MAC(T-MAC)  27   MAC hội tụ liệu(D -MAC)  28   Lập lịch tập trung  30   Chƣơng 3:THỬ NGHIỆM CHƢƠNG TRÌNH  33   3.1  Thiết bị sử dụng chƣơng trình  33   3.2  Phần mềm nhúng  35   3.2.1  Tổng quan phần mềm nhúng  35   3.2.2  Các bƣớc xây dựng phần mềm nhúng  36   3.2.3  Phần mềm nhúng viết cho CC1010  37   3.3  Thử nghiệm chƣơng trình-Giải thuật cho giao thức lập lịch tập trung(Polling)  40   3.4  Một số hình ảnh thử nghiệm chƣơng trình 43   Kết luận  45   Tài liệu tham khảo  47   Vũ Thị Phƣơng Thảo   Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn   LỜI CẢM Ơ N Em x -  –  Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin - Trƣờng Đại học dân lập Hải Phịng nhiệt tình giảng dạy cung cấp kiến thức quý báu để em hồn thành tố t khóa luận tốt nghiệp   Cuối cùng, em xin cảm ơn tất bạn động vi ên, góp ý trao đổi hỗ trợ cho em suốt thời gian vừa qua   Vì thời gian thực tập có hạn, trình độ thân nhiều hạn chế Cho nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong đƣợc góp ý quý báu tất thầy cô giáo nhƣ bạn để đề tài em đƣợc hoàn thiện   Em xin chân thành cảm ơn! Vũ Thị Phƣơng Thảo   Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn   GIỚI THIỆU   Những kỹ thuật tiên tiến gần cho ta số lƣợng lớn nguồn lƣợng thấp tƣơng lai.Những thiết bị cảm nhận rẻ đƣợc nhúng dầy đặc môi  tr ƣờng  vật lý,hoạt động chung mạng không dây.Những ứng dụng mạng cảm nhận không dây bao gồm vùng rộng lớn:quan sát môi trƣờng sinh thái,giám định cấu trúc sức khỏe,dị tìm chất gây ô nhiễm môi trƣờng,điều khiển xử lý cơng nghiệp,tìm đƣờng mục tiêu qn sự,   Mạng cảm biến vơ tuyến (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vơ tuyến (RF connection) node mạng thƣờng (thiết bị) đơn giản , nhỏ gọn, giá thành thấp có số lƣợng lớn, đƣợc phân bố cách khơng có hệ thống (non-topology) diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lƣợng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài t háng đến vài năm) hoạt động mơi trƣờng khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ )   Các node mạng thƣờng có chức sensing (sensor node): cảm ứng, quan sát môi trƣờng xung quanh nhƣ :nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng theo dõi hay định vị mục tiêu cố định di động Các node giao tiếp ad-hoc với truyền liệu trung tâm (base station) cách gián tiếp kỹ thuật multi-hop Lƣu lƣợng (traffic) liệu lƣu thông WSN thấp ko liên tục Do để tiết kiệm lƣợng, sensor node thƣờng có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) trạng thái nghỉ (sleep mode) khác Thông thƣờng thời gian node trạng thái nghỉ lớn trạng thái hoạt động nhiều.   Nhƣ vậy, đặc trƣng để phân biệt mạng cảm biến mạng wireless khác giá thành, mật độ node mạng, phạm vi hoạt Vũ Thị Phƣơng Thảo   Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn   động, cấu hình mạng (topology), lƣu lƣợng liệu, lƣợng tiêu thụ thời gian trạng thái hoạt động (active mode) Bài luận văn tìm hiểu tổng quan mạng cảm nhận không dây, thủ tục điều khiển thâm nhập môi trƣờng thử nghiệm giao thức MAC với phần mềm nhúng cho vi điều khiển CC1010 Với kiến thức cịn hạn hẹp, thời gian nghiên cứu khơng dài tài liệu tham khảo có chƣa nhiều, khóa luận khơng tránh khỏi sai sót Vậy kính mong thầy bạn sinh viên quan tâm chia sẻ đóng góp ý kiến để khóa luận đƣợc hoàn thiện.  Vũ Thị Phƣơng Thảo   Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn   Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN-WIRELESS SENSOR NETWORK Để  xây dựng  đƣợc  một  hệ  thống  mạng  cảm  nhận khơng dây tr ƣớc hết phải hiểu thế nào mạng cảm nhận khơng dây,các thiết bị sử  dụng trong mạng,đặc  điểm cấu hình một số u cầu cần thiết Từ  mới có thể xây dựng  đƣợc một hệ thống mạng WSN hợp lý đạt hiệu  quả năng lƣợng cao 1.1 Định nghĩa   Ngày nay, vi điều khiển có bƣớc phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả xử lý mạnh, tiêu thụ lƣợng giá thành thấp Khi đƣợc nạp phần mềm nhúng, vi điều khiển hoạt động độc lập loại mơi trƣờng vị  trí địa lý khác Mỗi vi điều khiển đƣợc tích hợp với thu phát sóng vơ tuyến cảm  biến tạo thành nút mạng, tập hợp nút mạng phạm vi định đƣợc gọi mạng cảm nhận không dây(WSN -Wireless Sensor Network) Mạng cảm nhận không dây mạng không dây mà nút mạng vi điều khiển sau đƣợc cài đặt phần mềm nhúng kết hợp với phát sóng vơ tuyến với cảm biến có khả thu nhận,xử lý liệu từ nút mạng môi trƣờng xung quanh   nút mạng.  Vũ Thị Phƣơng Thảo   Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn   Trong hệ thống WSN có trạm gốc trung tâm điều khiển Trạm gốc đóng vai trị cổng kết nối nút mạng trung tâm điều khiển, tiếp nhận thông tin nút mạng  chuyển tới trung tâm điều khiển qua nhiều cách khác Các nút mạng truyền thông tin theo kiểu nhiều chặng từ nút mạng sang nút mạng khác trạm gốc Từ trạm gốc gửi  thông tin cho ngƣời dùng (trung tâm điều khiển) theo nhiều   cách nhƣ trực tiếp qua hệ thống máy tính, qua mạng Internet, qua vệ tinh… nhờ đó  ngƣời giám sát nhận đƣợc thơng tin dù đâu.  1.2 Các thiết bị WSN  Các thiết bị tạo mạng cảm biến khơng dây Vũ Thị Phƣơng Thảo   Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn   *Bộ xử lý nhúng lƣợng thấp  Các nhiệm vụ tính tốn thiết bị WSN bao gồm: q trình xử lý thơng tin cảm biến cục nhƣ thông tin truyền cảm biến khác Hiện dƣới  áp lực  đầu  tiên của  kinh tế, xử lý nhúng thƣờng bị hạn chế phạm vi lƣợng máy tính(ví dụ: nhiều thiết  bị sử dụng việc nghiên cứu phát triển có xử lý 16MHz, bit) Do hạn chế xử lý loại nên nhiều thiết bị chạy hệ điều hành có thành phần đặc biệt, nhƣ TinyOS Tuy nhiên cũng  phải  nhớ   r ằng  một  mạng  cảm  nhận  khơng dây có thể  khơng đồng  bộ  bao gồm  nhất  một  vài nút hoạt  động  với giới hạn lớn  hơ n lƣợng máy tính.Hơn theo định luật Moore, thiết bị WSN tƣơng lai   đƣợc gắn vào xử lý cực mạnh.Nó cũng sẽ hợp nhất các k ỹ thu ật thiết k ế năng l ƣợng thấp tiên tiến  nhất ,nh ƣ hi ệu qu ả c ủa chế độ ngủ  chia tỉ lệ vơn kế động để tiết kiệm lƣợng đáng kể.  *Bộ nhớ/lƣu trữ   Lƣu trữ dƣới dạng RAM ( Random Access Memory) ROM (Read-only memory) nhớ chƣơng trình (các lệnh thực xử lý) nhớ liệu (lƣu kết đo chƣa qua xử lý xử lý  bởi sensor; thông tin cục khác).  Chất lƣợng nhớ lƣu trữ board thiết bị WSN thƣờng  bị giới hạn đáng kể lý kinh tế dĩ nhiên vấn đề đƣợc cải tiến theo thời gian.  *Bộ thu phát vô tuyến  Các thiết bị WSN bao gồm một bức xạ không dây tốc độ thấ p,trong khoảng ng ắn(10100kbps,